JP2004100651A - ４サイクル式エンジン - Google Patents
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Abstract
【目的】吸・排気弁やプラグチューブ等のために加工軸の異なる複数の穴加工を必要とするシリンダヘッドの形成を容易にするとともに、エンジンの安定支持に貢献するヘッドハンガを設ける。
【構成】シリンダブロック３，シリンダヘッド４及びシリンダヘッドカバー５をこの順に重ね、シリンダヘッド４に吸気弁１６及び排気弁１７を有するＳＯＨＣ形式の動弁機構を設ける。シリンダブロック３とシリンダヘッド４の合わせ面と平行な線であるシリンダ合わせ線Ｌ１に対して、シリンダヘッド４とシリンダヘッドカバー５の合わせ面と平行な線であるヘッドカバー合わせ線Ｌ２を前方下がりに傾斜させ、排気弁１７及びプラグチューブ５０の軸線Ｊ２及びＪ３をヘッドカバー合わせ線Ｌ２と直交させる。また、吸気ポート１２の上方となるシリンダヘッド４の背面最上部にヘッドハンガ１９を一体に形成する。
【選択図】図２
【構成】シリンダブロック３，シリンダヘッド４及びシリンダヘッドカバー５をこの順に重ね、シリンダヘッド４に吸気弁１６及び排気弁１７を有するＳＯＨＣ形式の動弁機構を設ける。シリンダブロック３とシリンダヘッド４の合わせ面と平行な線であるシリンダ合わせ線Ｌ１に対して、シリンダヘッド４とシリンダヘッドカバー５の合わせ面と平行な線であるヘッドカバー合わせ線Ｌ２を前方下がりに傾斜させ、排気弁１７及びプラグチューブ５０の軸線Ｊ２及びＪ３をヘッドカバー合わせ線Ｌ２と直交させる。また、吸気ポート１２の上方となるシリンダヘッド４の背面最上部にヘッドハンガ１９を一体に形成する。
【選択図】図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動２輪車等に使用する４サイクル式エンジンに係り、特にシリンダヘッドとシリンダヘッドカバーとの有利な合わせ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の４サイクルエンジンとして吸気弁と排気弁をそれぞれ別のカムシャフトで駆動するダブルオーバーヘッドカムシャフト（ＤＯＨＣ）形式のものがある。このような例として特許文献１及び２があり、これらには、シリンダヘッドとシリンダブロックの合わせ面（以下、シリンダ合わせ面という）に対してシリンダヘッドとシリンダヘッドカバーの合わせ面（以下、へッドカバー合わせ面という）を傾斜させることが示されている。このようにするとシリンダヘッドを小型化できる。
【０００３】
さらに特許文献３には、一本のカムシャフトで吸気弁を駆動し、排気弁はバルブアームを介して共通のカムシャフトで駆動するシングルオーバーヘッドカムシャフト（ＳＯＨＣ）形式のエンジンが示されている。このエンジンにおいては、シリンダヘッドの吸気ポート下部にエンジンハンガを設け、ここで車体フレームへ支持するようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１−１３２４８５号公報（第９〜１０ページ、第４図、第５図）
【特許文献２】
特開平９−２８７４６４号公報（００２１（識別子）、図２）
【特許文献３】
特開２００２−１２２００７号公報（図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に４サイクル式のシリンダヘッドでは、所定の挟み角をなす吸・排気弁を設けるので、これらのための軸穴を複数の異なる加工軸を有する機械加工で形成している。このため煩雑な加工を強いられることになり、加工精度や作業性の向上が求められている。この点は上記ヘッドカバー合わせ面を傾けた形式の場合でも同様であり、吸・排気弁の加工軸線がいずれも個々に異なって統一されていないから、加工の手間を多く要する。したがってヘッドカバー合わせ面を傾けた場合でも、加工を容易にすることが望まれる。
【０００６】
また、エンジンハンガとして、シリンダヘッドのヘッドハンガとクランクケース前部の前部ハンガを設け、これらにによって側面視対角線状に支持する場合、支持スパンを長くしてエンジンを安定支持させるため、できるだけヘッドハンガをシリンダヘッドの上部に設けることが望まれる。このような場所はシリンダヘッド背面上端部の吸気ポート上方位置となるが、この部分は本来、吸気ポートを形成するためにスペースの余裕がない。したがって上記ＳＯＨＣ形式エンジンの場合のように吸気ポートの下側にエンジンハンガを設けることも考えられるが、エンジンをより安定して支持させたい場合には、本来最も好ましいとされた前記位置へ設けることができるようにすることが望まれる。そこで本願発明はこれらの要請の実現することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本願の４サイクル式エンジンに係る請求項１は、シリンダブロック，シリンダヘッド及びシリンダヘッドカバーをこの順に重ね、シリンダヘッドの上方に配置されたカムシャフトにより吸・排気弁を開閉する４サイクル式エンジンにおいて、
前記シリンダヘッドの前記シリンダブロックに対する合わせ面に対して、前記シリンダヘッドに対する合わせ面を傾斜させるとともに、前記吸・排気弁のいずれか側の軸線を前記シリンダヘッドとシリンダヘッドカバーの合わせ面に直交させたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２は上記請求項１において、点火プラグの差し込み穴の軸線を前記シリンダヘッドとシリンダヘッドカバーの合わせ面と直交させたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３は上記請求項１において、部品の固定するための締結軸線を前記シリンダヘッドとシリンダヘッドカバーの合わせ面と直交させたことを特徴とする。
【００１０】
請求項４は上記請求項１において、前記シリンダヘッドとシリンダヘッドカバーの合わせ面を吸気ポート側から排気ポート側へ向かって下がり傾斜に形成し、前記シリンダヘッドの吸気ポート上方かつ前記シリンダヘッドとシリンダヘッドカバーの合わせ面近傍となる位置にエンジンハンガを一体に形成したことを特徴とする。
【００１１】
請求項５は上記請求項１〜４のいずれかにおいて、動弁機構がシングルオーバーヘッドカムシャフト形式であることを特徴とする。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１〜３によれば、ヘッドカバー合わせ面をシリンダ合わせ面に対して斜めに傾斜させたので、シリンダヘッドを小型化してエンジン全体を軽量化できる。また、吸・排気弁のいずれかの軸線、点火プラグ差し込み穴の軸線又は部品の締結軸線のいずれかをヘッドカバー合わせ面と直交させたので、このような軸線を有する部分に対する加工軸線をヘッドカバー合わせ面に対して垂直にできることになり、加工精度が向上し、加工が容易になる。
このとき、複数の加工軸を統一すればさらに加工が容易になり加工精度が向上し、コストダウンも可能になる。
【００１３】
請求項４によれば、ヘッドカバー合わせ面を吸気ポート側から排気ポート側へ向かって下がり傾斜に形成したので、シリンダヘッドの吸気ポート上方にスペースを確保できる。そこでこのスペースを利用してシリンダヘッドカバーの合わせ面近傍となる位置にエンジンハンガを一体に形成できるので、エンジンの支持スパンを長くして安定した支持を可能にする。そのうえをエンジンハンガ形成位置の自由度を向上できる。
【００１４】
請求項５によれば、動弁機構をＳＯＨＣ形式にしたので、シリンダヘッドカバーのうちカムシャフトのない部分を低くして斜めにすることができ、シリンダヘッドカバーを軽量化できる。またカムシャフト数の少ない分だけ部品点数並びに重量を削減できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて一実施例を説明する。図１は車体フレームに搭載された状態のエンジン側面図、図２はシリンダヘッド及びシリンダヘッドカバー部分の側断面図、図３は動弁機構を含むシリンダヘッドの上面をヘッドカバー合わせ面と直角方向（図４のＹ矢示方向）から示す図、図４はシリンダヘッドの側断面図、図５はシリンダヘッドを図４のＹ矢示方向から示す図、図６はシリンダヘッドの下面を図４のＺ矢示方向から示す図である。
【００１６】
図１において、このエンジン１は、自動２輪車用の水冷単気筒４サイクル式であり、クランクケース２，シリンダブロック３，シリンダヘッド４及びシリンダヘッドカバー５をこの順に重ねて一体化されている。
クランクケース２のクランク室６内にはクランクシャフト７が回転自在に設けられ、コンロッド８によりシリンダブロック３のシリンダ９内を摺動するピストン１０と連結されている。
【００１７】
シリンダヘッド４には車体後方へ開口する吸気ポート１２へ気化器１３から混合気が供給され、車体前方へ開口する排気ポート１４から排気管１５を通って排気される。シリンダヘッド４の背面側最上端部で、吸気ポート１２の上方位置には、ヘッドハンガ１９が一体に後方へ突出形成されている。
【００１８】
ヘッドハンガ１９は、クレドール型車体フレームを構成する後部２０のステー２１へボルト止めされている。なお、クレドール型車体フレームは上部２２，ヘッドパイプ２３，ダウン部２４，下部２５を側面視でループ状をなすように連結し、その内側にエンジン１を支持するものである。
【００１９】
クランクケース２は前端上部の前部ハンガ２６でダウン部２４の下端部へ支持される。同様にクランクケース２の底部にて底部ハンガ２７により下部２５へ支持され、後部にて後部ハンガ２８にて後部２０の下部へ支持される。ヘッドハンガ１９と前部ハンガ２６はシリンダヘッド４の後部側最上端部とクランクケース２の最前端部とを結ぶ対角線を形成し、この対角線上のスパンを最大にする配置になっている。
【００２０】
ここで、シリンダヘッド４の上下面のうち、シリンダブロック３との合わせ面である下側の面をシリンダ合わせ面とし、これを通りこれと平行な線をシリンダ合わせ線Ｌ１とする。またシリンダヘッドカバー５との合わせ面である上側の面をヘッドカバー合わせ面とし、これを通りこれと平行な線をヘッドカバー合わせ線Ｌ２とする。図示の側面視状態にて、シリンダ９の中心を通るシリンダ軸線Ｃに対してシリンダ合わせ線Ｌ１は直交し、ヘッドカバー合わせ線Ｌ２は斜めに交わる。すなわち、シリンダ合わせ線Ｌ１に対して、ヘッドカバー合わせ線Ｌ２は前方へ向かって斜め下がりに形成されている。
【００２１】
これらのクランクケース２，シリンダブロック３，シリンダヘッド４及びシリンダヘッドカバー５は軽合金を用いて鋳造されている。このうちシリンダヘッドカバー５を除く部分は、高剛性等を要求されるためアルミ合金を用いてダイカスト成形される。特に、シリンダヘッド４は高強度を要求されるため重力成形（以下、ＧＤＣという）により鋳造される。シリンダヘッドカバー５は比較的強度及び剛性を要求されず、むしろより軽量化を求められるためマグネシウム合金を用いて鋳造されている。
【００２２】
図２に示すように、吸気ポート１２及び排気ポート１４は、吸気通路１２ａ及び排気通路１４ａを介してシリンダヘッド４に形成された燃焼室１１に連通し、それぞれポペット弁である吸気弁１６及び排気弁１７により開閉される。符号１６ａ及び１７ａはそれぞれの傘部、１６ｂ及び１７ｂはステムである。排気通路１４ａの通路断面積は吸気通路１２ａよりも小さく、そのため排気弁１７における傘部１７ａの面積も吸気弁１６における傘部１６ａの面積より小さくなっている。符号１８は点火プラグである。これらの吸気弁１６及び排気弁１７に対する動弁機構はＳＯＨＣ形式であり、シリンダヘッド４とシリンダヘッドカバー５の間に形成されるカム機構室内に収容される。
【００２３】
吸気弁１６及び排気弁１７は、それぞれのステム１６ｂ及び１７ｂがシリンダヘッド４に所定の挟み角をなして圧入固定されているガイド筒３０，３１に案内されて摺動する。吸気弁１６及び排気弁１７の各軸線（各ステム１６ｂ及び１７ｂの軸線）をＪ１，Ｊ２とする。排気弁１７の軸線Ｊ２はヘッドカバー合わせ線Ｌ２と直交する。吸気弁１６の軸線Ｊ１はヘッドカバー合わせ線Ｌ２及びシリンダ合わせ線Ｌ１のそれぞれと斜めに交わる。これらは対応するガイド筒３０、３１の軸線でもある。吸気弁１６及び排気弁１７は、それぞれスプリング３２、３３で閉じ方向へ付勢されている。符号３２ａ、３３ａはこれらスプリング３２、３３のバネ受け座である。
【００２４】
スプリング３２の上端部は吸気弁１６の上端部に設けられたリテーナ３４で受けられ、さらにその上にリフタ３５が被せられる。このリフタ３５はシリンダヘッド４と一体に形成されたリフターホルダ３６内に差し込まれ、カムシャフト３７上のカム３８ａによってリフトされる。カムシャフト３７はベアリング３９に軸受けされる。ベアリング３９はシリンダヘッド４へ一体に形成されたカムシャフトホルダ４０に支持され、上方からカムキャップ４１で押さえられ、ボルト４２で固定されている。カムシャフトホルダ４０とカムキャップ４１の合わせ面はヘッドカバー合わせ線Ｌ２と平行になる。
【００２５】
排気弁１７には上端部にリテーナ４３が設けられる。このリテーナ４３はスプリング３４の上端を受ける。排気弁１７のステムエンド１７ｃがロッカーアーム４４の先端部４５で押されることにより排気弁１７がリフトされる。ロッカーアーム４４の中間部はロッカーアームシャフト４６によりシリンダヘッド４へ揺動自在に支持され、ロッカーアーム４４の他端部にはローラー４７が設けられ、カムシャフト３７上のカム（後述）が摺接している。ローラー４７は軸４８によりロッカーアーム４４の他端部へ回転自在に軸支されている。
【００２６】
ロッカーアーム４４は、ローラー４７をカムで駆動され、ロッカーアームシャフト４６を支点として揺動する。これにより動弁機構が一本だけのカムシャフト３７で吸気弁１６及び排気弁１７を同時に駆動することができるＳＯＨＣ機構を構成する。なお、吸気側のカム３８ａ及び３８ｃと排気側のカム３８ｂはそれぞれのリフトタイミングを得るよう異なる位相に形成される。
【００２７】
図中の符号４９はガスケット、５０はプラグチューブである。プラグチューブ５０は上方に開口する筒状をなし、その内側に点火プラグ１８を差し込んで取り付けるようになっている。その軸線Ｊ３は排気弁１７の軸線Ｊ２と平行し、ヘッドカバー合わせ線Ｌ２と直交する。また１９ａは燃焼室１１の車幅方向中央に後方へ突出して形成されているヘッドハンガ１９に車幅方向へ貫通して設けられた通し穴であり、ステー２１へ取付けるときボルトを通すためのものである。
【００２８】
図３に示すように、カムシャフト３７は車幅方向へクランクシャフト７（図１）と平行に配置され、その一端にカムスプロケット５１が一体化されている。カムスプロケット５１はシリンダヘッド４の一側に張り出して形成されたカムチェーン室５２に臨み、ここに通されたカムチェーン５３がクランクシャフト７上に設けられたカム駆動スプロケット（図示省略）との間に巻き掛けられている。このカムチェーン５３を介してカムスプロケット５１がクランクシャフト７と同期回転し、カムシャフト３７はカムスプロケット５１と一体に回転する。
【００２９】
吸気弁１６及び排気弁１７はそれぞれ左右一対で設けられ、これを駆動するためカムシャフト３７の軸方向に３つのカム３８ａ、３８ｂ及び３８ｃが設けられている。このうち左右のカム３８ａ及び３８ｃは左右のリフタ３５、３５の頂部を摺接する。中央のカム３８ｂはロッカーアーム４４のローラー４７に摺接する。ローラー４７は二股状をなすロッカーアーム後部５４、５４の間に入り、軸４８を介してロッカーアーム後部５４、５４へ回転自在に支持される。
【００３０】
ロッカーアーム前部５５も二股状をなし、プラグチューブ５０の左右外側を通って前後へ延び、先端部４５、４５は左右の排気弁１７、１７におけるステムエンド１７ｃ、１７ｃの各上に位置する。またロッカーアームシャフト４６の両端は、シリンダヘッド４と一体に形成されているロッカーアームシャフトホルダ５６に支持される。ロッカーアームシャフト４６はロッカーアームシャフトホルダ５６内にて、カムキャップ４１を締結するボルト４２により抜け止めされる。
【００３１】
図４〜６はシリンダヘッド４を示す。図４及び図５に明らかなように、ロッカーアームシャフトホルダ５６には、ロッカーアームシャフト４６を通すシャフト穴５７が左右方向へ形成され、その左右両端部は左右のロッカーアームシャフトホルダ５６、５６を貫通し、かつボルト４２を締結する雌ネジ穴５８と交差している。雌ネジ穴５８はカムシャフトホルダ４０に形成され、ここにボルト４２を締結することによりロッカーアームシャフト４６が抜け止めされるようになっている。図中の符号５９はシリンダヘッド４と一体に形成されて斜め上方へ突出するプラグチューブ５０の底部に形成されて燃焼室１１へ臨む電極孔であり、点火プラグ１８をプラグチューブ５０の底部へ差し込んで締結すると先端の電極が燃焼室１１へ出る。６０はヘッドカバー合わせ面、６１はシリンダ合わせ面、６２、６３はバルブシートである。
【００３２】
これらの図に示すように、排気弁１７側のガイド筒３１の軸線Ｊ２及びプラグチューブ５０の軸線Ｊ３は平行してそれぞれヘッドカバー合わせ線Ｌ２と直角に形成される。プラグチューブ５０内に形成される電極孔５９の軸線もＪ３と一致する。また、カムキャップ４１を締結するボルト４２のための雌ネジ穴５８もこれらの軸線と平行する。したがってこれらの穴は同一加工軸の機械加工で穿孔される。さらに排気側のバルブシート６３の軸線もＪ２と一致しており、バルブシート６３を取付けるための機械加工も同一加工軸でできる。
【００３３】
また、シリンダ合わせ線Ｌ１に対してヘッドカバー合わせ線Ｌ２が側面視で前下がりに傾斜するため、吸気ポート１２側の上下幅が広くなり、これを利用して吸気ポート１２の上方となるシリンダヘッド４の背面上端部位置にヘッドハンガ１９が一体に形成されている。なお、吸気ポート１２に対して排気ポート１４側の通路断面積は小さくなっている。
【００３４】
次に、本実施例の作用を説明する。図２及び図４に示すように、シリンダヘッド４の上面を下面に対して傾斜させた。すなわち、シリンダ合わせ線Ｌ１に対してヘッドカバー合わせ線Ｌ２を車体前方へ向かって斜め下がりに傾斜させ、このヘッドカバー合わせ線Ｌ２に対して排気弁１７及びバルブシート６３の各軸線Ｊ２、プラグチューブ５０の軸線Ｊ３、さらにカムキャップ４１のボルト４２を締結する雌ネジ穴５８（図５）の軸線を直交させた。
【００３５】
したがって、シリンダヘッド４の鋳造後にこれらの穴部を機械加工するとき、排気弁１７、バルブシート６３、プラグチューブ５０及び雌ネジ穴５８の加工軸が一致するので、これらの加工方向を統一できる。このため加工が容易になり加工精度も向上する。その結果コストダウンも可能になる。
【００３６】
そのうえ、ヘッドカバー合わせ線Ｌ２を排気ポート１４側へ下がるように傾斜させたことにより、シリンダヘッド４の側面璧高さのうち通路断面積の小さな排気通路１４ａ側の高さを減少させることになり、シリンダヘッド４とシリンダヘッドカバー５の合わせ面を斜めにすることが容易になる。
【００３７】
また、ＳＯＨＣ形式を採用することにより、シリンダヘッドカバー５の天井部のうちロッカーアーム４４側を低くして斜めにすることによりシリンダヘッドカバー５を軽量化できる。そのうえ、ヘッドカバー合わせ線Ｌ２を斜めにした分だけシリンダヘッド４のシリンダヘッドカバー５に対する重量比率を下げ、逆にシリンダヘッドカバー５の重量比率を上げるとともに、シリンダヘッド４の材料をＧＤＣとし、シリンダヘッドカバー５の材料をより軽量なマグネシウム合金にすることによって、エンジン全体を軽量化できる。
【００３８】
さらに、シリンダヘッド４の側面璧高さのうち吸気ポート１２側が高くなるので、本来通路断面積が大きくてスペースに余裕がない部分であるにもかかわらず、吸気ポート１２の上方にスペースを拡大して形成でき、ここを利用してヘッドハンガ１９を一体に設けることができることになり、ヘッドハンガ形成位置の自由度を向上できる。
【００３９】
しかも、ヘッドハンガ１９はシリンダヘッド４の後部側で最上端位置になる。このときクランクケース２は前端上部の前部ハンガ２６でダウン部２４の下端部へ支持されているから、側面視でヘッドハンガ１９と前部ハンガ２６はシリンダヘッド４の後部側最上端部とクランクケース２の最前端部とを結ぶ対角線を形成し、この対角線上のスパンを最大にする配置になる。このためエンジン１の支持を最も安定させることができる。
【００４０】
また、シリンダヘッド４と一体に、カムホルダ４０、リフターホール３６及びロッカーアームシャフトホルダ５６を設けたので、剛性をアップさせることができる。さらにこれらの部分にＧＤＣ材料を用いることができるから、材料強度がアップし、エンジンの高回転化に対応できる。そのうえ動弁機構をＳＯＨＣ形式にすることにより部品点数並びに重量の削減ができる。
【００４１】
なお、本願発明は上記の各実施例に限定されるものではなく、発明の原理内において種々に変形や応用が可能である。例えば、主として加工軸の統一を目的とするのであれな、ヘッドカバー合わせ面を吸気ポート側へ傾斜させてもよい。また単気筒エンジンに限らず多気筒エンジンにも適用できる。
さらに、カムキャップ４１を固定するボルト４２の締結軸線をＪ２等と平行にしたが、このような締結部品はカムキャップ４１に限らず他の適宜部品を固定するための締結部材でもよい。またＳＯＨＣ形式に限らずＤＯＨＣ形式の動弁機構にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係る車体フレームに搭載された状態のエンジン側面図
【図２】上記エンジン上部の側断面図
【図３】シリンダヘッド及び動弁機構を図４のＹ矢示方向から示す図
【図４】シリンダヘッドの側断面図
【図５】シリンダヘッドの上面を図４のＹ矢示方向から示す図
【図６】シリンダヘッドを図４のＺ矢示方向から示す図
【符号の説明】１：エンジン、２：クランクケース、３：シリンダブロック、４：シリンダヘッド、５：シリンダヘッドカバー、１２：吸気ポート、１４：排気ポート、１６：吸気弁、１７：排気弁、１８：点火プラグ、１９：ヘッドハンガ、３０：ガイド部筒、３１：ガイド部筒、３７：カムシャフト、４０：カムホルダ、４１：カムキャップ、４４：ロッカーアーム、４６：ロッカーアームシャフト、５０：プラグチューブ、５６：ロッカーアームシャフトホルダ、６０：ヘッドカバー合わせ面、６１：シリンダ合わせ面、６２：バルブシート、６３：バルブシート
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動２輪車等に使用する４サイクル式エンジンに係り、特にシリンダヘッドとシリンダヘッドカバーとの有利な合わせ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の４サイクルエンジンとして吸気弁と排気弁をそれぞれ別のカムシャフトで駆動するダブルオーバーヘッドカムシャフト（ＤＯＨＣ）形式のものがある。このような例として特許文献１及び２があり、これらには、シリンダヘッドとシリンダブロックの合わせ面（以下、シリンダ合わせ面という）に対してシリンダヘッドとシリンダヘッドカバーの合わせ面（以下、へッドカバー合わせ面という）を傾斜させることが示されている。このようにするとシリンダヘッドを小型化できる。
【０００３】
さらに特許文献３には、一本のカムシャフトで吸気弁を駆動し、排気弁はバルブアームを介して共通のカムシャフトで駆動するシングルオーバーヘッドカムシャフト（ＳＯＨＣ）形式のエンジンが示されている。このエンジンにおいては、シリンダヘッドの吸気ポート下部にエンジンハンガを設け、ここで車体フレームへ支持するようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１−１３２４８５号公報（第９〜１０ページ、第４図、第５図）
【特許文献２】
特開平９−２８７４６４号公報（００２１（識別子）、図２）
【特許文献３】
特開２００２−１２２００７号公報（図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に４サイクル式のシリンダヘッドでは、所定の挟み角をなす吸・排気弁を設けるので、これらのための軸穴を複数の異なる加工軸を有する機械加工で形成している。このため煩雑な加工を強いられることになり、加工精度や作業性の向上が求められている。この点は上記ヘッドカバー合わせ面を傾けた形式の場合でも同様であり、吸・排気弁の加工軸線がいずれも個々に異なって統一されていないから、加工の手間を多く要する。したがってヘッドカバー合わせ面を傾けた場合でも、加工を容易にすることが望まれる。
【０００６】
また、エンジンハンガとして、シリンダヘッドのヘッドハンガとクランクケース前部の前部ハンガを設け、これらにによって側面視対角線状に支持する場合、支持スパンを長くしてエンジンを安定支持させるため、できるだけヘッドハンガをシリンダヘッドの上部に設けることが望まれる。このような場所はシリンダヘッド背面上端部の吸気ポート上方位置となるが、この部分は本来、吸気ポートを形成するためにスペースの余裕がない。したがって上記ＳＯＨＣ形式エンジンの場合のように吸気ポートの下側にエンジンハンガを設けることも考えられるが、エンジンをより安定して支持させたい場合には、本来最も好ましいとされた前記位置へ設けることができるようにすることが望まれる。そこで本願発明はこれらの要請の実現することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本願の４サイクル式エンジンに係る請求項１は、シリンダブロック，シリンダヘッド及びシリンダヘッドカバーをこの順に重ね、シリンダヘッドの上方に配置されたカムシャフトにより吸・排気弁を開閉する４サイクル式エンジンにおいて、
前記シリンダヘッドの前記シリンダブロックに対する合わせ面に対して、前記シリンダヘッドに対する合わせ面を傾斜させるとともに、前記吸・排気弁のいずれか側の軸線を前記シリンダヘッドとシリンダヘッドカバーの合わせ面に直交させたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２は上記請求項１において、点火プラグの差し込み穴の軸線を前記シリンダヘッドとシリンダヘッドカバーの合わせ面と直交させたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３は上記請求項１において、部品の固定するための締結軸線を前記シリンダヘッドとシリンダヘッドカバーの合わせ面と直交させたことを特徴とする。
【００１０】
請求項４は上記請求項１において、前記シリンダヘッドとシリンダヘッドカバーの合わせ面を吸気ポート側から排気ポート側へ向かって下がり傾斜に形成し、前記シリンダヘッドの吸気ポート上方かつ前記シリンダヘッドとシリンダヘッドカバーの合わせ面近傍となる位置にエンジンハンガを一体に形成したことを特徴とする。
【００１１】
請求項５は上記請求項１〜４のいずれかにおいて、動弁機構がシングルオーバーヘッドカムシャフト形式であることを特徴とする。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１〜３によれば、ヘッドカバー合わせ面をシリンダ合わせ面に対して斜めに傾斜させたので、シリンダヘッドを小型化してエンジン全体を軽量化できる。また、吸・排気弁のいずれかの軸線、点火プラグ差し込み穴の軸線又は部品の締結軸線のいずれかをヘッドカバー合わせ面と直交させたので、このような軸線を有する部分に対する加工軸線をヘッドカバー合わせ面に対して垂直にできることになり、加工精度が向上し、加工が容易になる。
このとき、複数の加工軸を統一すればさらに加工が容易になり加工精度が向上し、コストダウンも可能になる。
【００１３】
請求項４によれば、ヘッドカバー合わせ面を吸気ポート側から排気ポート側へ向かって下がり傾斜に形成したので、シリンダヘッドの吸気ポート上方にスペースを確保できる。そこでこのスペースを利用してシリンダヘッドカバーの合わせ面近傍となる位置にエンジンハンガを一体に形成できるので、エンジンの支持スパンを長くして安定した支持を可能にする。そのうえをエンジンハンガ形成位置の自由度を向上できる。
【００１４】
請求項５によれば、動弁機構をＳＯＨＣ形式にしたので、シリンダヘッドカバーのうちカムシャフトのない部分を低くして斜めにすることができ、シリンダヘッドカバーを軽量化できる。またカムシャフト数の少ない分だけ部品点数並びに重量を削減できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて一実施例を説明する。図１は車体フレームに搭載された状態のエンジン側面図、図２はシリンダヘッド及びシリンダヘッドカバー部分の側断面図、図３は動弁機構を含むシリンダヘッドの上面をヘッドカバー合わせ面と直角方向（図４のＹ矢示方向）から示す図、図４はシリンダヘッドの側断面図、図５はシリンダヘッドを図４のＹ矢示方向から示す図、図６はシリンダヘッドの下面を図４のＺ矢示方向から示す図である。
【００１６】
図１において、このエンジン１は、自動２輪車用の水冷単気筒４サイクル式であり、クランクケース２，シリンダブロック３，シリンダヘッド４及びシリンダヘッドカバー５をこの順に重ねて一体化されている。
クランクケース２のクランク室６内にはクランクシャフト７が回転自在に設けられ、コンロッド８によりシリンダブロック３のシリンダ９内を摺動するピストン１０と連結されている。
【００１７】
シリンダヘッド４には車体後方へ開口する吸気ポート１２へ気化器１３から混合気が供給され、車体前方へ開口する排気ポート１４から排気管１５を通って排気される。シリンダヘッド４の背面側最上端部で、吸気ポート１２の上方位置には、ヘッドハンガ１９が一体に後方へ突出形成されている。
【００１８】
ヘッドハンガ１９は、クレドール型車体フレームを構成する後部２０のステー２１へボルト止めされている。なお、クレドール型車体フレームは上部２２，ヘッドパイプ２３，ダウン部２４，下部２５を側面視でループ状をなすように連結し、その内側にエンジン１を支持するものである。
【００１９】
クランクケース２は前端上部の前部ハンガ２６でダウン部２４の下端部へ支持される。同様にクランクケース２の底部にて底部ハンガ２７により下部２５へ支持され、後部にて後部ハンガ２８にて後部２０の下部へ支持される。ヘッドハンガ１９と前部ハンガ２６はシリンダヘッド４の後部側最上端部とクランクケース２の最前端部とを結ぶ対角線を形成し、この対角線上のスパンを最大にする配置になっている。
【００２０】
ここで、シリンダヘッド４の上下面のうち、シリンダブロック３との合わせ面である下側の面をシリンダ合わせ面とし、これを通りこれと平行な線をシリンダ合わせ線Ｌ１とする。またシリンダヘッドカバー５との合わせ面である上側の面をヘッドカバー合わせ面とし、これを通りこれと平行な線をヘッドカバー合わせ線Ｌ２とする。図示の側面視状態にて、シリンダ９の中心を通るシリンダ軸線Ｃに対してシリンダ合わせ線Ｌ１は直交し、ヘッドカバー合わせ線Ｌ２は斜めに交わる。すなわち、シリンダ合わせ線Ｌ１に対して、ヘッドカバー合わせ線Ｌ２は前方へ向かって斜め下がりに形成されている。
【００２１】
これらのクランクケース２，シリンダブロック３，シリンダヘッド４及びシリンダヘッドカバー５は軽合金を用いて鋳造されている。このうちシリンダヘッドカバー５を除く部分は、高剛性等を要求されるためアルミ合金を用いてダイカスト成形される。特に、シリンダヘッド４は高強度を要求されるため重力成形（以下、ＧＤＣという）により鋳造される。シリンダヘッドカバー５は比較的強度及び剛性を要求されず、むしろより軽量化を求められるためマグネシウム合金を用いて鋳造されている。
【００２２】
図２に示すように、吸気ポート１２及び排気ポート１４は、吸気通路１２ａ及び排気通路１４ａを介してシリンダヘッド４に形成された燃焼室１１に連通し、それぞれポペット弁である吸気弁１６及び排気弁１７により開閉される。符号１６ａ及び１７ａはそれぞれの傘部、１６ｂ及び１７ｂはステムである。排気通路１４ａの通路断面積は吸気通路１２ａよりも小さく、そのため排気弁１７における傘部１７ａの面積も吸気弁１６における傘部１６ａの面積より小さくなっている。符号１８は点火プラグである。これらの吸気弁１６及び排気弁１７に対する動弁機構はＳＯＨＣ形式であり、シリンダヘッド４とシリンダヘッドカバー５の間に形成されるカム機構室内に収容される。
【００２３】
吸気弁１６及び排気弁１７は、それぞれのステム１６ｂ及び１７ｂがシリンダヘッド４に所定の挟み角をなして圧入固定されているガイド筒３０，３１に案内されて摺動する。吸気弁１６及び排気弁１７の各軸線（各ステム１６ｂ及び１７ｂの軸線）をＪ１，Ｊ２とする。排気弁１７の軸線Ｊ２はヘッドカバー合わせ線Ｌ２と直交する。吸気弁１６の軸線Ｊ１はヘッドカバー合わせ線Ｌ２及びシリンダ合わせ線Ｌ１のそれぞれと斜めに交わる。これらは対応するガイド筒３０、３１の軸線でもある。吸気弁１６及び排気弁１７は、それぞれスプリング３２、３３で閉じ方向へ付勢されている。符号３２ａ、３３ａはこれらスプリング３２、３３のバネ受け座である。
【００２４】
スプリング３２の上端部は吸気弁１６の上端部に設けられたリテーナ３４で受けられ、さらにその上にリフタ３５が被せられる。このリフタ３５はシリンダヘッド４と一体に形成されたリフターホルダ３６内に差し込まれ、カムシャフト３７上のカム３８ａによってリフトされる。カムシャフト３７はベアリング３９に軸受けされる。ベアリング３９はシリンダヘッド４へ一体に形成されたカムシャフトホルダ４０に支持され、上方からカムキャップ４１で押さえられ、ボルト４２で固定されている。カムシャフトホルダ４０とカムキャップ４１の合わせ面はヘッドカバー合わせ線Ｌ２と平行になる。
【００２５】
排気弁１７には上端部にリテーナ４３が設けられる。このリテーナ４３はスプリング３４の上端を受ける。排気弁１７のステムエンド１７ｃがロッカーアーム４４の先端部４５で押されることにより排気弁１７がリフトされる。ロッカーアーム４４の中間部はロッカーアームシャフト４６によりシリンダヘッド４へ揺動自在に支持され、ロッカーアーム４４の他端部にはローラー４７が設けられ、カムシャフト３７上のカム（後述）が摺接している。ローラー４７は軸４８によりロッカーアーム４４の他端部へ回転自在に軸支されている。
【００２６】
ロッカーアーム４４は、ローラー４７をカムで駆動され、ロッカーアームシャフト４６を支点として揺動する。これにより動弁機構が一本だけのカムシャフト３７で吸気弁１６及び排気弁１７を同時に駆動することができるＳＯＨＣ機構を構成する。なお、吸気側のカム３８ａ及び３８ｃと排気側のカム３８ｂはそれぞれのリフトタイミングを得るよう異なる位相に形成される。
【００２７】
図中の符号４９はガスケット、５０はプラグチューブである。プラグチューブ５０は上方に開口する筒状をなし、その内側に点火プラグ１８を差し込んで取り付けるようになっている。その軸線Ｊ３は排気弁１７の軸線Ｊ２と平行し、ヘッドカバー合わせ線Ｌ２と直交する。また１９ａは燃焼室１１の車幅方向中央に後方へ突出して形成されているヘッドハンガ１９に車幅方向へ貫通して設けられた通し穴であり、ステー２１へ取付けるときボルトを通すためのものである。
【００２８】
図３に示すように、カムシャフト３７は車幅方向へクランクシャフト７（図１）と平行に配置され、その一端にカムスプロケット５１が一体化されている。カムスプロケット５１はシリンダヘッド４の一側に張り出して形成されたカムチェーン室５２に臨み、ここに通されたカムチェーン５３がクランクシャフト７上に設けられたカム駆動スプロケット（図示省略）との間に巻き掛けられている。このカムチェーン５３を介してカムスプロケット５１がクランクシャフト７と同期回転し、カムシャフト３７はカムスプロケット５１と一体に回転する。
【００２９】
吸気弁１６及び排気弁１７はそれぞれ左右一対で設けられ、これを駆動するためカムシャフト３７の軸方向に３つのカム３８ａ、３８ｂ及び３８ｃが設けられている。このうち左右のカム３８ａ及び３８ｃは左右のリフタ３５、３５の頂部を摺接する。中央のカム３８ｂはロッカーアーム４４のローラー４７に摺接する。ローラー４７は二股状をなすロッカーアーム後部５４、５４の間に入り、軸４８を介してロッカーアーム後部５４、５４へ回転自在に支持される。
【００３０】
ロッカーアーム前部５５も二股状をなし、プラグチューブ５０の左右外側を通って前後へ延び、先端部４５、４５は左右の排気弁１７、１７におけるステムエンド１７ｃ、１７ｃの各上に位置する。またロッカーアームシャフト４６の両端は、シリンダヘッド４と一体に形成されているロッカーアームシャフトホルダ５６に支持される。ロッカーアームシャフト４６はロッカーアームシャフトホルダ５６内にて、カムキャップ４１を締結するボルト４２により抜け止めされる。
【００３１】
図４〜６はシリンダヘッド４を示す。図４及び図５に明らかなように、ロッカーアームシャフトホルダ５６には、ロッカーアームシャフト４６を通すシャフト穴５７が左右方向へ形成され、その左右両端部は左右のロッカーアームシャフトホルダ５６、５６を貫通し、かつボルト４２を締結する雌ネジ穴５８と交差している。雌ネジ穴５８はカムシャフトホルダ４０に形成され、ここにボルト４２を締結することによりロッカーアームシャフト４６が抜け止めされるようになっている。図中の符号５９はシリンダヘッド４と一体に形成されて斜め上方へ突出するプラグチューブ５０の底部に形成されて燃焼室１１へ臨む電極孔であり、点火プラグ１８をプラグチューブ５０の底部へ差し込んで締結すると先端の電極が燃焼室１１へ出る。６０はヘッドカバー合わせ面、６１はシリンダ合わせ面、６２、６３はバルブシートである。
【００３２】
これらの図に示すように、排気弁１７側のガイド筒３１の軸線Ｊ２及びプラグチューブ５０の軸線Ｊ３は平行してそれぞれヘッドカバー合わせ線Ｌ２と直角に形成される。プラグチューブ５０内に形成される電極孔５９の軸線もＪ３と一致する。また、カムキャップ４１を締結するボルト４２のための雌ネジ穴５８もこれらの軸線と平行する。したがってこれらの穴は同一加工軸の機械加工で穿孔される。さらに排気側のバルブシート６３の軸線もＪ２と一致しており、バルブシート６３を取付けるための機械加工も同一加工軸でできる。
【００３３】
また、シリンダ合わせ線Ｌ１に対してヘッドカバー合わせ線Ｌ２が側面視で前下がりに傾斜するため、吸気ポート１２側の上下幅が広くなり、これを利用して吸気ポート１２の上方となるシリンダヘッド４の背面上端部位置にヘッドハンガ１９が一体に形成されている。なお、吸気ポート１２に対して排気ポート１４側の通路断面積は小さくなっている。
【００３４】
次に、本実施例の作用を説明する。図２及び図４に示すように、シリンダヘッド４の上面を下面に対して傾斜させた。すなわち、シリンダ合わせ線Ｌ１に対してヘッドカバー合わせ線Ｌ２を車体前方へ向かって斜め下がりに傾斜させ、このヘッドカバー合わせ線Ｌ２に対して排気弁１７及びバルブシート６３の各軸線Ｊ２、プラグチューブ５０の軸線Ｊ３、さらにカムキャップ４１のボルト４２を締結する雌ネジ穴５８（図５）の軸線を直交させた。
【００３５】
したがって、シリンダヘッド４の鋳造後にこれらの穴部を機械加工するとき、排気弁１７、バルブシート６３、プラグチューブ５０及び雌ネジ穴５８の加工軸が一致するので、これらの加工方向を統一できる。このため加工が容易になり加工精度も向上する。その結果コストダウンも可能になる。
【００３６】
そのうえ、ヘッドカバー合わせ線Ｌ２を排気ポート１４側へ下がるように傾斜させたことにより、シリンダヘッド４の側面璧高さのうち通路断面積の小さな排気通路１４ａ側の高さを減少させることになり、シリンダヘッド４とシリンダヘッドカバー５の合わせ面を斜めにすることが容易になる。
【００３７】
また、ＳＯＨＣ形式を採用することにより、シリンダヘッドカバー５の天井部のうちロッカーアーム４４側を低くして斜めにすることによりシリンダヘッドカバー５を軽量化できる。そのうえ、ヘッドカバー合わせ線Ｌ２を斜めにした分だけシリンダヘッド４のシリンダヘッドカバー５に対する重量比率を下げ、逆にシリンダヘッドカバー５の重量比率を上げるとともに、シリンダヘッド４の材料をＧＤＣとし、シリンダヘッドカバー５の材料をより軽量なマグネシウム合金にすることによって、エンジン全体を軽量化できる。
【００３８】
さらに、シリンダヘッド４の側面璧高さのうち吸気ポート１２側が高くなるので、本来通路断面積が大きくてスペースに余裕がない部分であるにもかかわらず、吸気ポート１２の上方にスペースを拡大して形成でき、ここを利用してヘッドハンガ１９を一体に設けることができることになり、ヘッドハンガ形成位置の自由度を向上できる。
【００３９】
しかも、ヘッドハンガ１９はシリンダヘッド４の後部側で最上端位置になる。このときクランクケース２は前端上部の前部ハンガ２６でダウン部２４の下端部へ支持されているから、側面視でヘッドハンガ１９と前部ハンガ２６はシリンダヘッド４の後部側最上端部とクランクケース２の最前端部とを結ぶ対角線を形成し、この対角線上のスパンを最大にする配置になる。このためエンジン１の支持を最も安定させることができる。
【００４０】
また、シリンダヘッド４と一体に、カムホルダ４０、リフターホール３６及びロッカーアームシャフトホルダ５６を設けたので、剛性をアップさせることができる。さらにこれらの部分にＧＤＣ材料を用いることができるから、材料強度がアップし、エンジンの高回転化に対応できる。そのうえ動弁機構をＳＯＨＣ形式にすることにより部品点数並びに重量の削減ができる。
【００４１】
なお、本願発明は上記の各実施例に限定されるものではなく、発明の原理内において種々に変形や応用が可能である。例えば、主として加工軸の統一を目的とするのであれな、ヘッドカバー合わせ面を吸気ポート側へ傾斜させてもよい。また単気筒エンジンに限らず多気筒エンジンにも適用できる。
さらに、カムキャップ４１を固定するボルト４２の締結軸線をＪ２等と平行にしたが、このような締結部品はカムキャップ４１に限らず他の適宜部品を固定するための締結部材でもよい。またＳＯＨＣ形式に限らずＤＯＨＣ形式の動弁機構にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係る車体フレームに搭載された状態のエンジン側面図
【図２】上記エンジン上部の側断面図
【図３】シリンダヘッド及び動弁機構を図４のＹ矢示方向から示す図
【図４】シリンダヘッドの側断面図
【図５】シリンダヘッドの上面を図４のＹ矢示方向から示す図
【図６】シリンダヘッドを図４のＺ矢示方向から示す図
【符号の説明】１：エンジン、２：クランクケース、３：シリンダブロック、４：シリンダヘッド、５：シリンダヘッドカバー、１２：吸気ポート、１４：排気ポート、１６：吸気弁、１７：排気弁、１８：点火プラグ、１９：ヘッドハンガ、３０：ガイド部筒、３１：ガイド部筒、３７：カムシャフト、４０：カムホルダ、４１：カムキャップ、４４：ロッカーアーム、４６：ロッカーアームシャフト、５０：プラグチューブ、５６：ロッカーアームシャフトホルダ、６０：ヘッドカバー合わせ面、６１：シリンダ合わせ面、６２：バルブシート、６３：バルブシート
Claims (5)
- シリンダブロック，シリンダヘッド及びシリンダヘッドカバーをこの順に重ね、シリンダヘッドの上方に配置されたカムシャフトにより吸・排気弁を開閉する４サイクル式エンジンにおいて、
前記シリンダヘッドの前記シリンダブロックに対する合わせ面に対して、前記シリンダヘッドに対する合わせ面を傾斜させるとともに、前記吸・排気弁のいずれか側の軸線を前記シリンダヘッドとシリンダヘッドカバーの合わせ面に直交させたことを特徴とする４サイクル式エンジン。 - 上記請求項１において、点火プラグの差し込み穴の軸線を前記シリンダヘッドとシリンダヘッドカバーの合わせ面と直交させたことを特徴とする４サイクル式エンジン。
- 上記請求項１において、部品の固定するための締結軸線を前記シリンダヘッドとシリンダヘッドカバーの合わせ面と直交させたことを特徴とする４サイクル式エンジン。
- 上記請求項１において、前記シリンダヘッドとシリンダヘッドカバーの合わせ面を吸気ポート側から排気ポート側へ向かって下がり傾斜に形成し、前記シリンダヘッドの吸気ポート上方かつ前記シリンダヘッドとシリンダヘッドカバーの合わせ面近傍となる位置にエンジンハンガを一体に形成したことを特徴とする４サイクル式エンジン。
- 上記請求項１〜４のいずれかにおいて、動弁機構がシングルオーバーヘッドカムシャフト形式であることを特徴とする４サイクル式エンジン。
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